Článek
TAJEMSTVÍ HMOTY
Lidé se odjakživa snažili přijít na kloub tomu, jak je to s hmotným světem, který je obklopoval. Vždyť má různé formy, tvary, různě váží, projevuje se. Některá hmota stoupala, jiná klesala, jedna tekla, druhá tuhla. Staletí se zdálo, že její formy nemají spolu nic společného. Až životadárná látka, voda, člověka přivedla na myšlenku, že stav hmoty ovlivňuje energie v ní uložená. Jeli v ní málo energie, potom je pevná a tuhá, mění se v led. Pokud jí energii dodáme, potom se led změní v tekutinu, ve stav kapalný. Jestliže dodáváme další energii v podobě tepla, potom se její stav změní v plynný, v páru. Existuje takový tepelný stav, kdy přechod z jednoho do druhého nastává nepatrným rozdílem teploty a tlaku, tzv. trojný bod, při 0,01°C. V parních elektrárnách se třeba divíte, že má voda teplotu 540 °C a nepatrným poklesem tlaku se ihned mění v páru.
Mudrci zkoumali vlastnosti různé hmotné podoby, a tak zjišťovali, že některé jsou hořlavé, jiné nikoliv, aniž by tuto vlastnost přisuzovali prostředí, v němž se právě hmota nacházela. Tam kde chybělo okysličovadlo, tam nic nehořelo. Některá hmota plavala po vodě, jiná padala ke dnu. Nebylo to tím, že by těžká nemohla plovat, ale tím, jaký měla tvar. Až Archimedes objevil vztlakovou sílu ponořeného předmětu, takže skelety lodí se mohou stavět z oceli nebo betonu.
Už ve starověkuprobíhal filosoficky lítý boj mezi spojitostí a přetržitostí, v matematice trvá dodnes. Ve fyzice nakonec zvítězila myšlenka nedělitelnosti ad absurdum. Demokritos a další tzv. atomisté došli k závěru, že dělení hmoty na stále menší díly musí jednou skončit. Dnes se to nezdá být tak velmi radikální myšlenka, ale tenkrát nebyly technické možnosti jak to dokázat. Teorie atomů nabyla rozmachu začátkem dvacátého století. Vědci se dohodli na tom, že různých atomů hmoty máme něco přes sto. Uspořádávají je do tabulky podle některých společných vlastností, především pak podle atomového čísla, které je přirozeným číslem pořadí prvku v tabulce.
Standardní podobu atomu si představujeme jako jádro složené z poměrně velkých částic (proton, neutron), které jsou nositeli „hmotnosti“ prvku. Následně v poměrně velké vzdálenosti od jádra mají být v pohybu subtilní částice zvané elektrony a spolu s protony vytvářet nábojovou rovnováhu. Jednotkoujevu zvaného náboj se stává elektron, ke kterému se dostáváme snadněji, neboť je vně soustavy. Zkoumání elektronového obalu je základnou vědy zvané chemie.
Obsah pojmu „atomos“ (nedělitelný) se tedy usadil na elektronu, který je asi osmnáct set krát „lehčí“ než jeho protějšek proton, a také proto, že těžké jaderné částice se mohou ještě dále rozpadat na „kvarky“, cosi „divného“. Nábojovou nerovnováhu atomů způsobují elektrony v tzv. „valenční sféře“, zpravidla nejvzdálenější orbitě od jádra. Nerovnovážným stavům atomů říkáme „ionty“. Jeli elektronů v obalu více než protonů v jádře, pak hovoříme o kationtech, jeli jich tam o jeden méně, hovoříme o aniontech. Podstatné na informaci je však skutečnost, že atom nějakého prvku nabývá tří přesně definovaných stavů, které určuje nábojová jednotka, elektron. Zde je prostor pro „ternární numerační systém“, nejmenších možných operačních jednotek počítačů, založených na třech stavech. (-); (0); (+)
Prozkoumejme elektronový obal. Elektrony se mají vyskytovat v prostorech zvaných „orbit“. Pan Pauli zjistil, že v tomtéž prostoru se mohou vyskytovat nejvýše dva elektrony, které si vzájemně nepřekáží. Usoudil tedy, že každý elektron představuje jakousi „prostorovou rotaci“, kterou nazval „spinem“. Protože elektron se může vyzářit jako elektromagnetická vlna (foton), potom dvě tyto vlny v podobě elektronu mohou být pouze posunuty o π/2 a jevit se jako vzájemně doplňkový (opačný) spin.
Nyní se podívejme na představy vědců o skladbě elektronových obalů všech známých prvků.
K L M N O P Q
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s
2 2 6 2 6 10 2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 1 2
Elektronová slupka je část obalu, kterou značíme velkými písmeny (K, L, …), a ve které se podle konkrétního písmene nachází určitý počet elektronových Sfér. Sféry si označujeme malými písmeny (s, p, d, f) s tím, že místo písmenného indexu slupky používáme k orientaci pořadová čísla slupky (K=1, L=2, atd.) čímž ihned víme, která sféra kam patří. (s1; p3; atd.). Třetí řádek ve výše napsané tabulce vyjadřuje stav naplněnosti, stav sytosti konkrétní sféry. Co to však znamená? Třeba to, že do sféry p se nevejde více než šest elektronů, že se v ní nachází tři orbity.
Jak všichni vidí, v každé elektronové slupce se nachází sféra „s“, (společná), která je dědictvím a genem prvkové pramáti Evy, Helia. K ní se nepřidávají další orbity. Ty další si od ní udržují větší odstup (respekt), a to v každé elektronové slupce. Od druhé slupky výše se objevuje trojice orbitů, které si značíme písmene „p“ (první, příbuzní). A právě tato sféra „2p“ ve slupce „L“ se pravděpodobně stala pro Dmitrije Ivanoviče Mendělejeva inspirací k nalezení periodicity vlastností prvků, neboť součet elektronů v ní a mateřské „2s“ dává přirozené číslo osm, oktávu Pythagorovy harmonie nebeských sfér. Počet elektronů ve sférách roste s číslem H = 4.N+2 … (2; 6; 10; 14).
Josef Ježek
